JP2006269715A - 界磁コイルの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平角線１０のエッジワイズ巻きコイルにおいて、変形が少なく、スペースファクタも大きくとれる界磁コイル８の製造方法、および簡単な構造の製造装置が望まれている。
【解決手段】平角線１０を巻回する巻芯２と、巻芯２を回転可能にする第一駆動部４と、平角線１０の巻回を案内するガイド５５と、ガイド５５を巻芯２に押圧する第二駆動部５と、巻芯２を巻芯２の軸方向に移動可能にする第三駆動部６と、前記第一〜第三駆動部４〜６を移動可能に支持するベース７とからなる界磁コイル８の製造装置を用いて、ガイド寸法は平角線１０より僅かに大きい隙間に設定した平角線１０の三面を滑らかに案内する構成のガイド５５と、ガイド５５が巻芯２に接触し、かつ巻芯２が、その軸方向に所定ピッチで移動しながら平角線１０を巻回させ、螺旋状にコイルを成形する。これにより変形や歪が少なく、ヨークに密着させてスペースファクタの大きい、高性能な界磁コイル８を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、界磁コイルの製造方法および製造装置に関するものである。

〔従来の技術〕
従来、平角線を幅方向を対向させて軸方向に巻くエッジワイズ巻きコイルにおいては、回転する巻芯と、平角線を巻芯に案内するガイドと、ガイドと一体に移動する可動治具で構成され、可動治具により平角線を巻芯方向に押圧しつつ巻芯に巻きつけてコイルとする巻線装置及び巻線方法が特許文献１に紹介されている。

〔従来技術の不具合〕
しかしながら、この巻線装置及び巻線方法では、平角線は可動治具により巻芯方向に押圧されながら巻き取られるが、ガイドが浅く、幅面の一箇所のみを押圧し、巻き取る構成であるので、曲げ部内周側と外周側の厚さが不均一になり、押圧しても平角線は面で接触しないため倒れやねじりが生じ、製品のスペースファクタも小さくなる欠点があった。さらに、押圧と移動機構を別体構造で構成せざるを得ないため、巻線装置の構成要素が多く、複雑、大型になり高価で信頼性が低下する懸念があった。
特開２００３−１６３１３０号公報

平角線のエッジワイズ巻きコイルにおいて、平角線を変形させずに巻回でき、製品のスペースファクタも大きく取れ、かつ簡単な構造で巻回可能な界磁コイルの製造方法および製造装置が強く望まれている。

本発明の目的は、平角線のエッジワイズ巻きコイルにおいて、平角線を変形させずに巻回でき、製品のスペースファクタも大きく取れ、かつ簡単な構造で巻回可能な界磁コイルの製造方法および製造装置を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
本発明では、平角線を巻回する巻芯と、巻芯を回転可能にする第一駆動部と、平角線の巻回を案内するガイドと、ガイドを巻芯に押圧する第二駆動部と、巻芯またはガイドを巻芯の軸方向に移動可能にする第三駆動部と、第一駆動部と第二駆動部と第三駆動部を移動可能に支持するベースとからなる界磁コイルの巻線装置であって、ガイドの寸法は平角線より僅かに大きく設定し、ガイドが巻芯に接触し、かつ巻芯またはガイドが巻芯の軸方向に移動しながら平角線を巻回することを特徴とする界磁コイルの製造装置を採用している。

この構成によれば、界磁コイルの平角線全周をガイドしながら巻回するので、平角線に捩り、うねり等が発生しにくい。よって、この変形の少ない界磁コイルをヨークに固定させる場合に密着が可能となり、大きなスペースファクタを得ることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項１に記載の界磁コイルの製造装置において、平角線を巻回する巻回動作に連動し、平角線を案内するガイドは移動せず、巻芯が巻芯の軸方向に移動することを特徴とする界磁コイルの製造装置を採用している。

この構成によれば、巻芯の移動と巻回動作を同じ巻線装置に組込むことが可能となって、装置が簡単となる。

〔請求項３の手段〕
請求項１に記載の界磁コイルの製造装置を用いて、平角線を巻回する巻芯の軸方向に巻き付ける製造方法であって、平角線寸法より僅かに大きく設定した平角線の三面を案内するガイドと、平角線を巻回する巻芯がガイドに接触し、かつ巻芯またはガイドが巻芯の軸方向に移動しながら平角線を巻回することを特徴とする界磁コイルの製造方法を採用している。

この方法によれば、界磁コイルの平角線全周をガイドしながら巻回するので、平角線に捩り、うねり等が発生しにくい。よって、この変形の少ないコイルをヨークに固定させる場合に、隙間のない密着した高性能な界磁コイルを得ることができる。

〔請求項４の手段〕
請求項３に記載の界磁コイルの製造方法において、ガイドと平角線との隙間は０．５ｍｍ以下としたことを特徴とする界磁コイルの製造方法を採用している。
この方法によれば、隙間が小さいので、平角線を変形させずに確実な案内ができる。

〔請求項５の手段〕
請求項３に記載の界磁コイルの製造方法において、平角線を巻回する巻回動作に連動し、平角線を案内するガイドまたは巻芯が巻芯の軸方向に移動し、該移動ピッチは、平角線の幅（Ｗ１）と平角線と隣接する平角線との間に収容されるガイド部の幅（Ｗ２）との和より大きいことを特徴とする界磁コイルの製造方法を採用している。

この方法によれば、移動ピッチが、平角線の幅（Ｗ１）と平角線と隣接する平角線との間に収容されるガイド幅（Ｗ２）との和より大きいので、ガイドは平角線に干渉することなく、平角線は傷がつくこともない。

〔請求項６の手段〕
請求項５に記載の界磁コイルの製造方法において、平角線を巻回する巻回動作に連動し、平角線を案内するガイドは移動せず、巻芯が巻芯の軸方向に移動することを特徴とする界磁コイルの製造方法を採用している。

この方法によれば、巻芯の移動と巻回動作を同じ巻線装置に組込むことが可能となって、装置が簡単となる。

〔請求項７の手段〕
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の界磁コイルの製造方法または製造装置により製造したので、大きなスペースファクタを得ることができ、簡単な構造で生産性が高く製造できるので、高性能で廉価な界磁コイルを得ることができる。

この発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。

〔実施例１の構成〕
図１は、本発明の実施例１における巻線装置の側面図であり、図２は巻線装置の要部の正面図であり、図２（ａ）は巻始め状態を、図２（ｂ）は巻終り状態を示す。
本発明の巻線装置１は、ベース７上に設けられた平角線１０を巻回する巻芯２と、この巻芯２を回転させる第一駆動部４と、巻回する平角線１０を巻芯２に押圧する第二駆動部５と、巻芯２を巻芯２の軸方向に移動可能にする第三駆動部６からなる。

巻芯２は、略円形の中実円筒状の巻芯棒２１と、その先端に加工された小径部２２に太鼓状の巻芯板２３が装着され、この巻芯板２３の一端に、平角線１０を固定するクランプ金具２４が取付けられている。平角線１０は、図示しない巻取りスプールから適度なテンションを保持して水平方向に供給され、その先端が上記のクランプ金具２４に固定されている。また、所定の断面形状、例えば太鼓状をもつ芯金２５が、巻芯棒２１と同軸に締結ボルト２６により締結され、巻芯板２３を介装して強固に固定されている。芯金２５の一方は長手方向中央付近までは円筒状内周面２５Ａが設けられており、この円筒状内周面２５Ａに円筒形の支持軸２７が摺動可能なように挿入される。また、芯金２５の他方は中実で軸心には締結ボルトの下穴２６Ａが貫通して設けられている。支持軸２７はスタンド７３に係止されている。これにより、巻芯棒２１と巻芯板２３および芯金２５は同心状に一体化され巻芯２を構成し、支持軸２７上を回転、摺動する。芯金２５の断面形状は、所望のコイルの巻形状に応じ設定でき、取替えが可能なように構成されている。

巻芯棒２１は、その外周の少なくとも一箇所に軸方向に平行に所定の距離を有する摺動ガイド溝２８Ａが設けられている。この摺動ガイド溝２８Ａと摺動する摺動ガイドピン２８を具備した鍔状スリーブ２９が、巻芯棒２１と同心で配置され、その外周側に二個の玉軸受３０によってハウジング７１に支持されている。また、鍔状スリーブ２９の後端（図示右端）には、巻芯回転従動歯車４４がカラー４５を介装して、固定ナット４６にて組み付けられている。この巻芯回転従動歯車４４の回転によって、鍔状スリーブ２９は玉軸受３０内を回転し、摺動ガイドピン２８の突起によって巻芯棒２１も同方向に回転する構成である。

第一駆動部４は、巻芯回転従動歯車４４をドライブする巻芯回転駆動歯車４３と、巻芯回転駆動歯車４３をドライブする減速機４２および駆動モータ４１よりなる。そして、これらは支持バー４７によりハウジング７１に固定された支持プレート４８に組みつけられ、無理なく回転を伝える。

第三駆動部６は、巻芯棒２１の後端に配されたねじ伝動機構６０を有し、ねじ伝動機構６０は、おねじ６１とめねじのナット６２から構成されている。おねじ６１はその中心に取付けボルト６３の下穴６３Ａが貫通しており、この下穴６３Ａに挿入した取付けボルト６３によって巻芯棒２１に締結、固定されている。また、対となるめねじのナット６２は、支持バー６４によりハウジング７１に固定された支持プレート６５に組みつけられ、滑らかなねじ嵌合を有している。このねじ伝動機構６０は巻芯棒２１の回転に伴って、おねじ６１も回転し、対をなすめねじのナット６２は固定されているのでおねじ６１はねじピッチの向きに進み、巻芯棒２１も一体で進む（移動）こととなる。巻芯棒２１が一回転した時の巻芯棒２１の移動した距離を移動ピッチＰ２と呼称するが、この移動ピッチＰ２はおねじ６１のねじピッチと等しく、移動ピッチＰ２の大きさを変えたいときはねじピッチの大きさを変えることで簡単にできる。なお、この移動ピッチＰ２がコイルの巻線ピッチＰ１を決めるものである。

第二駆動部５は、回転する芯金２５に巻回する平角線１０を案内するガイド部５１と、このガイド部５１を芯金２５の外形形状、例えば太鼓状に押さえ込むガイド押圧部５２とからなる。ガイド押圧部５２は、平角線１０を常に所定の押圧で押さえ込むための付勢力を有するばねまたはエヤ圧等の装置である。ガイド押圧部５２は、ハウジング７１の上部に組付けられたアッパーハウジング７２に固定され、ガイド押圧部５２の押圧シャフト５３が巻芯２の回転中心に向かって突き出しており、その先端にガイド部５１が締結ナット５４にて固定されている。

ガイド部５１は、ローラ状のガイド５５とピン５６とホルダ５７およびガイドステム５８から構成されている。ホルダ５７は中央にガイド５５を収容する所定幅の堀溝５７Ａが加工され、その堀溝５７Ａと垂直にピン穴５６Ａが加工され、ガイド５５が回転滑動可能なようにピン５６が圧入されている。そしてホルダ５７の一端にはガイドの捩れを防止（回止め）するガイドステム５８が組付けられ、アッパーハウジング７２に案内されている。つまり、ガイド５５は芯金２５の表面を転がりながら表面形状に沿って、押圧シャフト５３およびガイドステム５８とともに上下する構成である。

然るに、ガイド５５の幅面５５Ａには、ガイド中心に向かう略Ｕ字形の堀溝５５Ｂ加工がなされ、平角線１０の断面寸法より僅かに大きく、好ましくはその隙間Ｃが０．５ｍｍ以下に設定された平角線１０の三面を案内する形状が設けられており、角部もしくは隅部には微小角Ｒ（アール）が設けられている。また、ガイド５５の幅面５５Ａで堀溝５５Ｂ加工がなされなかった余肉部５５Ｃの余肉幅Ｗ２は、Ｕ字形の堀溝５５Ｂの幅Ｗ１と略同等であり、平角線１０を案内するに十分な剛性を確保する厚みになっている。そして、ガイド５５は平角線全周を滑らかに、かつ確実に案内しながら巻回するので、平角線１０が倒れたり、捻ったり、うねったりしないようになっている。

また、芯金２５上でコイルを一回転巻回するとき、巻芯棒２１も一回転するので巻芯棒２１と一体であるねじ伝動機構６０のおねじ６１も一回転し、ねじピッチだけ進む（移動する）こととなる。ねじピッチは、任意に所望の寸法を設定できるので、例えばその寸法を、ガイド５５のＵ字形堀溝５５Ｂの余肉幅Ｗ２と平角線１０の幅Ｗ１との和に設定すれば、ねじ伝動機構６０のおねじ６１は、図中右方向に余肉幅Ｗ２と平角線１０の幅Ｗ１との和と同じだけ移動し、同時に巻芯棒２１、すなわち芯金２５も右方向に余肉幅Ｗ２と平角線１０の幅Ｗ１との和と同じ距離だけ移動し、芯金２５上のコイルはその巻線ピッチＰ１が余肉幅Ｗ２と平角線１０の幅Ｗ１を加えた寸法の螺旋状コイルとなる（つまり、一回転しても平角線は無理なくＵ字形堀溝５５Ｂに嵌まり込んでいる）。そして、さらに二回転、三回転と巻回を続けても、コイルは同じ巻線ピッチＰ１にて螺旋状コイルが形成されることになる。図３には、この形態を（ａ）巻始め状態、（ｂ）一回転巻取り状態、（ｃ）巻終り状態について図示している。

ねじピッチが、ガイド５５のＵ字形堀溝５５Ｂの余肉幅Ｗ２と平角線１０の幅Ｗ１を加えた寸法以上であれば、螺旋状コイルの巻線ピッチＰ１はガイド５５のＵ字形堀溝５５Ｂの余肉幅Ｗ２と平角線１０の幅Ｗ１を加えた寸法以上となるが、ガイド５５のＵ字形堀溝５５Ｂの余肉幅Ｗ２と平角線１０の幅Ｗ１を加えた寸法より小さい場合には、螺旋状コイルの巻線ピッチＰ１がガイド５５と干渉して、巻回ができなくなる。無理に巻回すれば、余肉部５５Ｃの両端部に設けた微小角Ｒ（アール）によって案内されるので巻回できないこともないが、過度の押圧が必要となりこれにより平角線１０に傷がついたり、表面の絶縁膜の破損を引き起こす可能性がある。このような場合には、余肉幅Ｗ２の薄いガイド５５に交換することもできる。つまり、ガイド部５１とねじ伝動機構６０は対として設定されることが重要である。

実施例１で採用した第三駆動部６のねじ伝動機構６０は、回転をその軸方向移動に変換する効果的な機構であり、堅牢でコンパクトであるという特徴がある。これを例えば、第二駆動部５であるガイド押圧部５２が取付けられるアッパーハウジング７２の後端に同様な構成にて取り付けできれば、ガイド押圧部５２を軸方向に移動させることは可能である。このような構成によれば、定位置にて回転のみをする巻芯２の周りに平角線１０をガイド部５１が押圧しながらガイド押圧部５２が先端方向に移動しながら巻回し、所望のコイルを成形させることもできるわけである。しかし、この場合は新たに従動歯車を追加しなければ作用せず、構成要素が増えて、複雑、大型となる懸念があり、好適とは言えない。

〔実施例１の作用〕
図２〜３において、巻芯板２３に取付けたクランプ金具２４に平角線１０の一端を、平角線１０の幅が対向してコイルを形成するように固定（図２（ａ）、図３（ａ）参照）し、駆動モータ４１を回転させると、減速された回転出力が巻芯回転駆動歯車４３から巻芯回転従動歯車４４にさらに減速されて伝わり、一体とされた鍔状スリーブ２９がゆっくり回転する。鍔状スリーブ２９の摺動ガイドピン２８により、鍔状スリーブ２９の回転は巻芯棒２１に伝わり、一体固定された巻芯板２３および芯金２５も回り始める。すると、ガイド５５に案内された平角線１０は、芯金２５表面に押さえ込まれて巻き付き、同時にねじ伝動機構６０のおねじ６１の回転も始まっているので、巻芯棒２１が軸方向（図示右側）に移動する。そして、平角線１０は常に芯金２５表面に押圧されながら、巻芯棒２１が一回転したところでコイルも１ターンだけ螺旋状に巻かれることとなる（図３（ｂ）参照）。

このとき巻芯棒２１の移動ピッチＰ２がコイルの巻線ピッチＰ１と一致するように設定されているので、平角線１０はガイド５５からはみ出ることなく、またガイド５５が平角線１０の側面を傷つけることなく滑らかな案内が実施される。さらに、回転が進むと同様な作動にて２ターン分が続いて螺旋状に巻かれ、所望のターン数まで回転が持続される。所望のターン数が成形されたならば駆動モータ４１を停止し、巻終り状態（図３（ｃ）参照）となる。そして、平角線１０をカットし、巻芯板２３のクランプ金具２４をはずして界磁コイル８が完成する。

そして、図４に示すように、この界磁コイル８は、例えば多極式直流モータのヨーク８０に組付けられ、界磁コイル８の内側にポールコア８１を装着して外周側から固定ねじ８２で締め付けることで、隙間のない密着した高性能な界磁コイル８を提供することができる。

〔実施例１の効果〕
本実施例では、平角線１０を巻回する巻芯２と、巻芯２を回転可能にする第一駆動部４と、平角線１０の巻回を案内するガイド部５１と、ガイド部５１を巻芯２に押圧する第二駆動部５と、巻芯２を巻芯２の軸方向に移動可能にする第三駆動部６と、第一駆動部４〜第三駆動部６を移動可能に支持するベース７とからなる界磁コイル８の巻線装置１であって、ガイド部５１のガイド５５のＵ字形堀溝５５Ｂの寸法は平角線１０より僅かに大きく設定し、ガイド５５が巻芯２に接触し、かつ巻芯２が軸方向に移動しながら平角線１０を巻回する界磁コイル８の巻線装置１を採用している。これにより平角線全周を案内しながら巻回するので、平角線１０に捩り、うねり等が発生しにくい。よって、この変形の少ない界磁コイル８をヨーク８０に固定させる場合に密着が可能となり、大きなスペースファクタを得ることができる。

また、巻回動作に連動し、平角線１０を案内するガイド部５１は移動せず、巻芯２が巻芯２の軸方向に移動することを特徴とする界磁コイル８の巻線装置１を採用している。
この構成によれば、巻芯２の移動と巻回動作を同じ巻線装置１に組込むことが可能となって、部品点数が少なくなり、巻線装置１の構造が簡単となる。

また、平角線寸法より僅かに大きく、好ましくは０．５ｍｍ以下の隙間に設定した平角線１０の三面を案内するガイド５５と、平角線１０を巻回する巻芯２にガイド５５が接触し、かつ巻芯２が軸方向に移動しながら平角線１０を巻回する界磁コイル８の製造方法を採用している。
これにより、界磁コイル８の平角線全周を少ない隙間で、確実に変形なく案内しながら巻回するので、平角線１０に捩り、うねり等が発生しにくい。よって、この変形の少ない界磁コイル８をヨーク８０に固定させる場合に、隙間のない密着した高性能な界磁コイル８を得ることができる。

また、巻回動作に連動し、巻芯２が軸方向に移動し、移動ピッチは、平角線１０の幅Ｗ１とガイド５３の余肉幅Ｗ２との和より大きいことを特徴とする界磁コイル８の製造方法を採用しているので、ガイド５５が平角線１０に干渉することなく、傷を付けることもない。

（ａ）はコイル巻始め状態の巻線装置の側面図であり、（ｂ）は同要部の拡大断面図である（実施例１）。 （ａ）は同じく巻線装置の要部正面図であり、（ｂ）はコイル巻終り状態の巻線装置の要部正面図である（実施例１）。 （ａ）はコイル巻始め状態の巻線装置の要部側面図であり、（ｂ）は同じく１ターン巻取り状態の要部側面図であり、（ｃ）は同じく巻終り状態の要部側面図である（実施例１）。 （ａ）はヨークへの界磁コイル装着前の斜視図であり、（ｂ）は同じく装着後の斜視図である（実施例１）。

符号の説明

１ 巻線装置
１０ 平角線
２ 巻芯
２１ 巻芯棒
２３ 巻芯板
２４ クランプ金具
２５ 芯金
２７ 支持軸
２８ 摺動ガイドピン
２９ 鍔状スリーブ
４ 第一駆動部
４１ 駆動モータ
４２ 減速機
４３ 巻芯回転駆動歯車
４４ 巻芯回転従動歯車
５ 第二駆動部
５１ ガイド部
５２ ガイド押圧部
５３ 押圧シャフト
５５ ガイド
５５Ａ ガイドの幅面
５５Ｂ Ｕ字形堀溝
５５Ｃ Ｕ字形堀溝の余肉部
５６ ピン
５７ ホルダ
６ 第三駆動部
６０ ねじ伝動機構
６１ おねじ
６２ めねじのナット
７ ベース
８ 界磁コイル
Ｗ１ 平角線の幅
Ｗ２ ガイド部の幅

Claims (7)

1. 平角線を巻回する巻芯と、前記巻芯を回転可能にする第一駆動部と、
   前記平角線の巻回を案内するガイドと、前記ガイドを前記巻芯に押圧する第二駆動部と、
   前記巻芯または前記ガイドを前記巻芯の軸方向に移動可能にする第三駆動部と、
   前記第一駆動部と前記第二駆動部と前記第三駆動部を移動可能に支持するベースとからなる界磁コイルの巻線装置であって、
   前記ガイドの寸法は前記平角線より僅かに大きく設定し、
   前記ガイドが前記巻芯に接触し、
   かつ前記巻芯または前記ガイドが前記巻芯の軸方向に移動しながら前記平角線を巻回することを特徴とする界磁コイルの製造装置。
2. 請求項１に記載の界磁コイルの製造装置において、
   前記平角線を巻回する巻回動作に連動し、前記平角線を案内する前記ガイドは移動せず、前記巻芯が前記巻芯の軸方向に移動することを特徴とする界磁コイルの製造装置。
3. 請求項１に記載の界磁コイルの製造装置を用いて、
   前記平角線を巻回する前記巻芯の軸方向に巻き付ける製造方法であって、
   前記平角線寸法より僅かに大きく設定した前記平角線の三面を案内する前記ガイドと、前記平角線を巻回する前記巻芯が前記ガイドに接触し、
   かつ前記巻芯または前記ガイドが前記巻芯の軸方向に移動しながら前記平角線を巻回することを特徴とする界磁コイルの製造方法。
4. 請求項３に記載の界磁コイルの製造方法において、前記ガイドと前記平角線との隙間は０．５ｍｍ以下としたことを特徴とする界磁コイルの製造方法。
5. 請求項３に記載の界磁コイルの製造方法において、前記平角線を巻回する巻回動作に連動し、前記平角線を案内する前記ガイドまたは前記巻芯が前記巻芯の軸方向に移動し、該移動ピッチは、前記平角線の幅（Ｗ１）と前記平角線と隣接する平角線との間に収容される前記ガイド部の幅（Ｗ２）との和より大きいことを特徴とする界磁コイルの製造方法。
6. 請求項５に記載の界磁コイルの製造方法において、
   前記平角線を巻回する巻回動作に連動し、前記平角線を案内する前記ガイドは移動せず、前記巻芯が前記巻芯の軸方向に移動することを特徴とする界磁コイルの製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の界磁コイルの製造方法または製造装置により製造した界磁コイル。

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